JP3851015B2 - 固体電解コンデンサの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、陽極化成箔と対向陰極箔とをセパレータを介して巻回したコンデンサ素子内に、導電性ポリマー層を形成した固体電解コンデンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器のデジタル化に伴い、それに使用されるコンデンサにも、高周波領域における低ＥＳＲ化、小型大容量化が求められるようになってきている。ここでＥＳＲとは、等価直列抵抗を意味する。
【０００３】
小型、大容量、低ＥＳＲのコンデンサとして、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリフラン、ポリアニリン等の導電性ポリマーを陰極材として用いた固体電解コンデンサに注目が寄せられている。
【０００４】
本願出願人は、特開平１０−５０５５８号において、陽極化成箔と対向陰極箔とをセパレータを介して巻き取ったコンデンサ素子内に、導電性ポリマー層を形成する技術を開示した。その技術によれば、酸化重合により導電性ポリマーとなるモノマーと酸化剤とを含む化学重合液を準備し、該化学重合液に前記コンデンサ素子を浸漬することにより、導電性ポリマー層が形成される。
【０００５】
陽極化成箔は、アルミニウム等の弁作用金属からなる箔に、粗面化のためのエッチング処理を施した後、化成液（電解液）に浸漬して化成処理（電解酸化処理）を施し、化成皮膜（誘電体皮膜）を形成したものである。
【０００６】
導電性ポリマー層を形成したコンデンサ素子は、有底筒状の外装ケースに収納され、該ケースの開口部をゴムパッキング、エポキシ樹脂等により密封した後、定格電圧を印加しながら、実用上想定される最高使用温度（約８５℃〜約１２５℃）でエージング処理が施されてコンデンサ完成品となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来技術に従ってコンデンサ素子内に導電性ポリマー層を形成した固体電解コンデンサにおいては、同様なコンデンサ素子に電解液を含浸させた電解コンデンサに比べて、漏れ電流が大きくなる傾向があった。
【０００８】
本発明は、陽極化成箔と対向陰極箔とをセパレータを介して巻回したコンデンサ素子内に導電性ポリマー層を形成し、該コンデンサ素子を外装ケースに収納した後、所定の電圧を印加しながらエージング処理を施した固体電解コンデンサにおいて、
導電性ポリマーを陰極材として用いることによる低ＥＳＲ特性を確保しながら、漏れ電流を低減させることを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明による固体電解コンデンサの製造方法においては、前記エージング処理を行う際の環境温度を１３０〜１８０℃とする。
【００１０】
前記エージング処理は、陽極化成箔の損傷修復等を目的として行うものであるが、巻回型のコンデンサ素子内に電解液を含浸した電解コンデンサのエージングにおいては、その電解液が化成皮膜形成時の化成液と同様な働きをするため、１００℃前後でのエージング処理によって陽極化成箔が十分に修復されていた。逆に、それ以上の温度でエージングすると、電解液の変質による電導度の低下等、コンデンサ完成品としての諸特性が劣化する原因になっていた。
【００１１】
これに対して、コンデンサ素子内に導電性ポリマー層を形成した固体電解コンデンサのエージングにおいては、前記電解液の場合とは異なる機構（陽極化成箔の損傷箇所に局所的な電流が流れて発熱することによる導電性ポリマーの局所的な絶縁化等）によって陽極化成箔の損傷が修復されるため、１００℃前後でのエージング処理では十分な修復効果が得られなかったが、本願発明者は、エージング処理を行う際の環境温度を約１３０℃以上にすれば前記修復効果が著しく向上することを見出した。
【００１２】
導電性ポリマーは耐熱性を有するため、そのことがエージング処理に高温を要する一因にもなっていたが、逆に、約１３０℃〜約１８０℃の高温でエージングしても導電性ポリマー層全体としての変質や電導度の低下等は起こらず、コンデンサ完成品としての諸特性が劣化することもない。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態に従って固体電解コンデンサを製造するには、まず、図１に示すようなコンデンサ素子７を準備する。
【００１４】
このコンデンサ素子７は、陽極化成箔１と対向陰極箔２とをセパレータ３を介して巻き取ることにより作製される。陽極化成箔１及び対向陰極箔２からは、陽極リードボス６１及び陰極リードボス６２を介して、陽極リード端子５１及び陰極リード端子５２がそれぞれ引き出されている。４は巻き止めテープである。
【００１５】
陽極化成箔１は、アルミニウム等の弁作用金属からなる箔に、粗面化のためのエッチング処理を施した後、化成処理（電解酸化処理）を施して化成皮膜（誘電体皮膜）を形成したものである。
【００１６】
必要に応じて、前記コンデンサ素子には、セパレータを構成する繊維組織の隙間を拡げて後工程での化学重合液の浸透性を向上させることを目的とした第１の熱処理が施される。
【００１７】
この熱処理は、コンデンサ素子７を乾燥雰囲気中で約１５０℃〜約３００℃に昇温し、数十分間保持するものである。
【００１８】
前記コンデンサ素子内に導電性ポリマー層を形成するに当たっては、酸化重合により導電性ポリマーとなるモノマーとしての３，４−エチレンジオキシチオフェン：３４ｗｔ％と、酸化剤としてのパラトルエンスルホン酸鉄（III）：２６ｗｔ％と、希釈剤としてのｎ−ブチルアルコール：４０ｗｔ％とを含有する化学重合液を準備する。
【００１９】
そして、該化学重合液に前記コンデンサ素子を浸漬した後、必要に応じて第２の熱処理を施すことにより、コンデンサ素子内の陽極化成箔及び対向陰極箔に密着した３，４−エチレンジオキシチオフェンのポリマー層が形成される。
【００２０】
この熱処理は、導電性ポリマー層の形成を促進すると共に、該導電性ポリマー層から発生する可能性のあるガスを放出させ尽くすこと等を目的とするものであり、前記化学重合液に浸漬した後のコンデンサ素子を、約２００℃〜約３００℃に昇温して数分間保持するものである。
【００２１】
導電性ポリマー層を形成したコンデンサ素子７は、図２に示すように、リードタブ部６１、６２にゴムパッキング９を装着して有底筒状のアルミニウム製外装ケース８に収納され、その開口部に横絞り加工及びカール加工が施された後、定格電圧を印加しながら数十分〜数時間のエージング処理が施されて、コンデンサ完成品となる。
【００２２】
本発明実施例においては、上記エージング処理を行う際の環境温度を約１３０〜約１８０℃とすることを特徴とする。
【００２３】
ここで、定格電圧４Ｖ、定格静電容量２２０μＦを狙ったコンデンサ素子を用い、上記実施形態に従いながらエージング処理時の環境温度を変えた実施例１〜５及び従来例１の固体電解コンデンサについて、諸特性を測定した。その測定結果を表１に示す。
【００２４】
【表１】
【００２５】
表１に示した各実施例及び従来例のいずれにおいても、コンデンサ完成品の外形は、φ８．０ｍｍ×Ｌ６．９ｍｍに仕上げた。又、表１におけるＣは１２０Ｈｚでの静電容量、ｔａｎδは１２０Ｈｚでの損失角の正接、ＥＳＲは１００ｋＨｚでの等価直列抵抗、ＬＣは定格電圧を印加して６０秒後の漏れ電流を意味しており、各特性値は、試料数各２０個についての平均である。
【００２６】
表１を見ればわかるように、エージング温度の上昇に伴い、従来例１（エージング温度＝１２５℃）と実施例１（エージング温度＝１３５℃）との間（中央値で代表させることにすれば、エージング温度＝約１３０℃）でＬＣが著しく低減しており、実施例１から５まで、エージング温度が高くなるに従ってＬＣが徐々に低減している。これに対して、Ｃ、ｔａｎδ及びＥＳＲに関しては、従来例１と実施例１〜５で殆ど差がない。
【００２７】
尚、表１を見る限りにおいては、更に高い温度でエージングすれば更にＬＣが低減し、導電性ポリマーの耐熱性から考えて、Ｃ、ｔａｎδ、ＥＳＲ等の特性も劣化しないことが予測されるが、
約１８０℃を超える温度でエージングすると、外装ケースの表面を被覆する樹脂層の変色、リード端子の酸化等、外観上の問題が発生する。
【００２８】
上記実施例においては、導電性ポリマー層形成の出発物質として３，４−エチレンジオキシチオフェンを用いたが、その代わりに、ピロール、チオフェン、フラン、アニリン及びそれらの誘導体等、酸化重合により導電性ポリマーとなる各種モノマーを用いてもよい。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、陽極化成箔と対向陰極箔とをセパレータを介して巻回したコンデンサ素子内に導電性ポリマー層を形成し、該コンデンサ素子を外装ケースに収納した後、所定の電圧を印加しながらエージング処理を施した固体電解コンデンサにおいて、
導電性ポリマーを陰極材として用いることによる低ＥＳＲ特性を確保しながら、漏れ電流を著しく低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例において用いられるコンデンサ素子の分解斜視図である。
【図２】本発明実施例による固体電解コンデンサの断面図である。
【符号の説明】
１ 陽極化成箔
２ 対向陰極箔
３ セパレータ
４ 巻き止めテープ
５１ 陽極リード端子
５２ 陰極リード端子
６１ 陽極リードボス
６２ 陰極リードボス
７ コンデンサ素子
８ 外装ケース
９ ゴムパッキング
【発明の属する技術分野】
本発明は、陽極化成箔と対向陰極箔とをセパレータを介して巻回したコンデンサ素子内に、導電性ポリマー層を形成した固体電解コンデンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器のデジタル化に伴い、それに使用されるコンデンサにも、高周波領域における低ＥＳＲ化、小型大容量化が求められるようになってきている。ここでＥＳＲとは、等価直列抵抗を意味する。
【０００３】
小型、大容量、低ＥＳＲのコンデンサとして、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリフラン、ポリアニリン等の導電性ポリマーを陰極材として用いた固体電解コンデンサに注目が寄せられている。
【０００４】
本願出願人は、特開平１０−５０５５８号において、陽極化成箔と対向陰極箔とをセパレータを介して巻き取ったコンデンサ素子内に、導電性ポリマー層を形成する技術を開示した。その技術によれば、酸化重合により導電性ポリマーとなるモノマーと酸化剤とを含む化学重合液を準備し、該化学重合液に前記コンデンサ素子を浸漬することにより、導電性ポリマー層が形成される。
【０００５】
陽極化成箔は、アルミニウム等の弁作用金属からなる箔に、粗面化のためのエッチング処理を施した後、化成液（電解液）に浸漬して化成処理（電解酸化処理）を施し、化成皮膜（誘電体皮膜）を形成したものである。
【０００６】
導電性ポリマー層を形成したコンデンサ素子は、有底筒状の外装ケースに収納され、該ケースの開口部をゴムパッキング、エポキシ樹脂等により密封した後、定格電圧を印加しながら、実用上想定される最高使用温度（約８５℃〜約１２５℃）でエージング処理が施されてコンデンサ完成品となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来技術に従ってコンデンサ素子内に導電性ポリマー層を形成した固体電解コンデンサにおいては、同様なコンデンサ素子に電解液を含浸させた電解コンデンサに比べて、漏れ電流が大きくなる傾向があった。
【０００８】
本発明は、陽極化成箔と対向陰極箔とをセパレータを介して巻回したコンデンサ素子内に導電性ポリマー層を形成し、該コンデンサ素子を外装ケースに収納した後、所定の電圧を印加しながらエージング処理を施した固体電解コンデンサにおいて、
導電性ポリマーを陰極材として用いることによる低ＥＳＲ特性を確保しながら、漏れ電流を低減させることを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明による固体電解コンデンサの製造方法においては、前記エージング処理を行う際の環境温度を１３０〜１８０℃とする。
【００１０】
前記エージング処理は、陽極化成箔の損傷修復等を目的として行うものであるが、巻回型のコンデンサ素子内に電解液を含浸した電解コンデンサのエージングにおいては、その電解液が化成皮膜形成時の化成液と同様な働きをするため、１００℃前後でのエージング処理によって陽極化成箔が十分に修復されていた。逆に、それ以上の温度でエージングすると、電解液の変質による電導度の低下等、コンデンサ完成品としての諸特性が劣化する原因になっていた。
【００１１】
これに対して、コンデンサ素子内に導電性ポリマー層を形成した固体電解コンデンサのエージングにおいては、前記電解液の場合とは異なる機構（陽極化成箔の損傷箇所に局所的な電流が流れて発熱することによる導電性ポリマーの局所的な絶縁化等）によって陽極化成箔の損傷が修復されるため、１００℃前後でのエージング処理では十分な修復効果が得られなかったが、本願発明者は、エージング処理を行う際の環境温度を約１３０℃以上にすれば前記修復効果が著しく向上することを見出した。
【００１２】
導電性ポリマーは耐熱性を有するため、そのことがエージング処理に高温を要する一因にもなっていたが、逆に、約１３０℃〜約１８０℃の高温でエージングしても導電性ポリマー層全体としての変質や電導度の低下等は起こらず、コンデンサ完成品としての諸特性が劣化することもない。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態に従って固体電解コンデンサを製造するには、まず、図１に示すようなコンデンサ素子７を準備する。
【００１４】
このコンデンサ素子７は、陽極化成箔１と対向陰極箔２とをセパレータ３を介して巻き取ることにより作製される。陽極化成箔１及び対向陰極箔２からは、陽極リードボス６１及び陰極リードボス６２を介して、陽極リード端子５１及び陰極リード端子５２がそれぞれ引き出されている。４は巻き止めテープである。
【００１５】
陽極化成箔１は、アルミニウム等の弁作用金属からなる箔に、粗面化のためのエッチング処理を施した後、化成処理（電解酸化処理）を施して化成皮膜（誘電体皮膜）を形成したものである。
【００１６】
必要に応じて、前記コンデンサ素子には、セパレータを構成する繊維組織の隙間を拡げて後工程での化学重合液の浸透性を向上させることを目的とした第１の熱処理が施される。
【００１７】
この熱処理は、コンデンサ素子７を乾燥雰囲気中で約１５０℃〜約３００℃に昇温し、数十分間保持するものである。
【００１８】
前記コンデンサ素子内に導電性ポリマー層を形成するに当たっては、酸化重合により導電性ポリマーとなるモノマーとしての３，４−エチレンジオキシチオフェン：３４ｗｔ％と、酸化剤としてのパラトルエンスルホン酸鉄（III）：２６ｗｔ％と、希釈剤としてのｎ−ブチルアルコール：４０ｗｔ％とを含有する化学重合液を準備する。
【００１９】
そして、該化学重合液に前記コンデンサ素子を浸漬した後、必要に応じて第２の熱処理を施すことにより、コンデンサ素子内の陽極化成箔及び対向陰極箔に密着した３，４−エチレンジオキシチオフェンのポリマー層が形成される。
【００２０】
この熱処理は、導電性ポリマー層の形成を促進すると共に、該導電性ポリマー層から発生する可能性のあるガスを放出させ尽くすこと等を目的とするものであり、前記化学重合液に浸漬した後のコンデンサ素子を、約２００℃〜約３００℃に昇温して数分間保持するものである。
【００２１】
導電性ポリマー層を形成したコンデンサ素子７は、図２に示すように、リードタブ部６１、６２にゴムパッキング９を装着して有底筒状のアルミニウム製外装ケース８に収納され、その開口部に横絞り加工及びカール加工が施された後、定格電圧を印加しながら数十分〜数時間のエージング処理が施されて、コンデンサ完成品となる。
【００２２】
本発明実施例においては、上記エージング処理を行う際の環境温度を約１３０〜約１８０℃とすることを特徴とする。
【００２３】
ここで、定格電圧４Ｖ、定格静電容量２２０μＦを狙ったコンデンサ素子を用い、上記実施形態に従いながらエージング処理時の環境温度を変えた実施例１〜５及び従来例１の固体電解コンデンサについて、諸特性を測定した。その測定結果を表１に示す。
【００２４】
【表１】
表１に示した各実施例及び従来例のいずれにおいても、コンデンサ完成品の外形は、φ８．０ｍｍ×Ｌ６．９ｍｍに仕上げた。又、表１におけるＣは１２０Ｈｚでの静電容量、ｔａｎδは１２０Ｈｚでの損失角の正接、ＥＳＲは１００ｋＨｚでの等価直列抵抗、ＬＣは定格電圧を印加して６０秒後の漏れ電流を意味しており、各特性値は、試料数各２０個についての平均である。
【００２６】
表１を見ればわかるように、エージング温度の上昇に伴い、従来例１（エージング温度＝１２５℃）と実施例１（エージング温度＝１３５℃）との間（中央値で代表させることにすれば、エージング温度＝約１３０℃）でＬＣが著しく低減しており、実施例１から５まで、エージング温度が高くなるに従ってＬＣが徐々に低減している。これに対して、Ｃ、ｔａｎδ及びＥＳＲに関しては、従来例１と実施例１〜５で殆ど差がない。
【００２７】
尚、表１を見る限りにおいては、更に高い温度でエージングすれば更にＬＣが低減し、導電性ポリマーの耐熱性から考えて、Ｃ、ｔａｎδ、ＥＳＲ等の特性も劣化しないことが予測されるが、
約１８０℃を超える温度でエージングすると、外装ケースの表面を被覆する樹脂層の変色、リード端子の酸化等、外観上の問題が発生する。
【００２８】
上記実施例においては、導電性ポリマー層形成の出発物質として３，４−エチレンジオキシチオフェンを用いたが、その代わりに、ピロール、チオフェン、フラン、アニリン及びそれらの誘導体等、酸化重合により導電性ポリマーとなる各種モノマーを用いてもよい。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、陽極化成箔と対向陰極箔とをセパレータを介して巻回したコンデンサ素子内に導電性ポリマー層を形成し、該コンデンサ素子を外装ケースに収納した後、所定の電圧を印加しながらエージング処理を施した固体電解コンデンサにおいて、
導電性ポリマーを陰極材として用いることによる低ＥＳＲ特性を確保しながら、漏れ電流を著しく低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例において用いられるコンデンサ素子の分解斜視図である。
【図２】本発明実施例による固体電解コンデンサの断面図である。
【符号の説明】
１ 陽極化成箔
２ 対向陰極箔
３ セパレータ
４ 巻き止めテープ
５１ 陽極リード端子
５２ 陰極リード端子
６１ 陽極リードボス
６２ 陰極リードボス
７ コンデンサ素子
８ 外装ケース
９ ゴムパッキング
Claims (1)
- 陽極化成箔と対向陰極箔とをセパレータを介して巻回したコンデンサ素子内に導電性ポリマー層を形成し、該コンデンサ素子を外装ケースに収納した後、所定の電圧を印加しながらエージング処理を施した固体電解コンデンサの製造方法において、
前記導電性ポリマー層は、３，４−エチレンジオキシチオフェンを酸化重合させたポリマーであって、
前記エージング処理は、その環境温度を、１３０〜１８０℃として、少なくとも１時間定格電圧を印加しながら行なうことを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09315499A JP3851015B2 (ja) | 1999-03-31 | 1999-03-31 | 固体電解コンデンサの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09315499A JP3851015B2 (ja) | 1999-03-31 | 1999-03-31 | 固体電解コンデンサの製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000286162A JP2000286162A (ja) | 2000-10-13 |
| JP3851015B2 true JP3851015B2 (ja) | 2006-11-29 |
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ID=14074637
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP09315499A Expired - Fee Related JP3851015B2 (ja) | 1999-03-31 | 1999-03-31 | 固体電解コンデンサの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3851015B2 (ja) |
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1999
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